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世界杯运动员一身高科技装备离不开化学工业    
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这段时间,相信很多人在下班吃完饭后,就守在了电视机前,为自己支持的球队加油助威。在享受全世界最高水平足球赛事的同时,大家可能不知道,成就一场精彩足球比赛的,除了运动员、教练员、裁判员和球迷以外,还有化学工业的贡献。足球本身的发展就是材料科学发展的缩影,人造草皮助推了足球运动的进一步推广和发展,而足球运动员一身的高科技装备,更是依赖着化学工业。


橡胶技术
缔造完美足球

在欣赏最高水平球赛,亦或是在自己踢球的时候,大家有没有想过,足球是用什么材料做的?电视解说员经?;峁茏闱蚪小捌で颉?,它们真的是皮做的吗?


实际上,在足球运动刚刚发展起来的时候,材料技术就成为了其走向规范化、成为一项正式体育运动的关键。这是因为,一项球类运动能不能走向规范化,取决于能不能找到一种材料,使球能够在规定时间里保持尺寸、重量和内压的稳定,不被踢坏;同时,这种材料要保证球能够在全球各个地方都按标准生产出来。在过去,人们是用动物的膀胱、胃等充好气,然后包上皮革,踢来踢去。显然,这样的足球很容易被踢坏,不能满足足球运动广泛推广的要求。


1838年,这一困难被一个美国化学家解决,这个化学家就是大名鼎鼎的查尔斯·固特异。他发明的橡胶硫化技术,不仅成为了今天全球橡胶工业的基础,也成就了足球运动。直至今日,所有足球的内胆仍都是橡胶制品。

随着竞技水平的不断提高,现代足球运动对于球的气密性要求越来越高,常用于汽车和飞机轮胎内胎的丁基橡胶就成为了足球内胆的首选材料。不仅如此,丁基橡胶还拥有出色的防水性和耐热性,这也使得今天的足球可以在各种场地和环境下保持稳定的形态。


不过,足球不能只有内胆,毕竟单纯的橡胶球踢起来也很不舒服。在19世纪中后期,足球制造商在橡胶内胆的外面,加上了真皮制的外层,这些足球也成为了最早的规范化足球形象,这时的足球,可以说是真正意义上的“皮球”。不过,这样的处理也有明显的问题:真皮容易吸水,如果在雨天踢球,足球会变得越来越重,用脚踢球和用躯干部位停球的时候还好,等到需要用头顶球的时候,蓄水的皮球和头发生碰撞,那滋味真心不好受。


根据英国的一项调查,早期足球运动员饱受痴呆症困扰,这其中就有用真皮足球的原因。然而,因为当时合成材料的发展还无法满足足球运动的需求,真皮做的足球一直用到了20世纪70年代。


1974年,阿迪达斯联手当时的拜耳材料公司(也就是现在的科思创),开发出了聚氨酯足球外层材料,并用在了当年的世界杯上。这种材料使足球具有了更好的弹性,而且不吸水、不腐坏,成为足球外层材料当仁不让的首选。到了1986年世界杯,真皮材料就彻底退出了世界杯舞台。


本次俄罗斯世界杯用球名为“Telstar 18”,采用的是三元乙丙橡胶(EPDM)聚合技术,原料提取自甘蔗,还有效减少了碳氢化合物排放,做到了天然无污染。


人造草皮
让足球运动得以推广

实际上,我们在电视上看到的足球比赛,绝大多数都是在天然草皮球场上进行的。不过,这也带来了一个问题,天然草坪球场需要专人进行定期维护,浇水、修剪、除虫,如果一些地区太热、太冷、太干、太湿,都无法保证天然草皮的正常维护,运营成本会大幅提高。这对于一些学校、社区和公共场所的球场来说就很不切实际了。那么,平时的足球比赛和训练在哪里进行呢?天然草皮的维护费用这么高,怎样让足球运动更好地向大众推广呢?


相信大家都已经想到答案了。没错,这个时候,人造草皮就显现出了它的用武之地。所谓人造草皮,是将仿草叶状的合成纤维,植入机织的基布上,背面涂上起固定作用的涂层。


人造草皮由基础层、缓冲层和草皮层组成?;〔闶怯珊皇低敛?、碎石层和沥青或混凝土层组成?;〔阒鲜且徊慊撼宀?,通常为橡胶或泡沫塑料组成。橡胶弹性适中,厚度3~5毫米。泡沫塑料成本较低,但是弹性差,因此厚度需要达到5~10毫米?;撼宀阋喂痰卣程诨〔闵?,一般用白乳胶或万能胶粘贴。人造草皮的表层即为草皮层,根据表面形状分为绒毛草皮、圆环形卷曲状尼龙丝草皮、叶状聚丙烯纤维草皮、尼龙丝编制的透水草皮等,主要使用的材料是聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺等,也必须用乳胶粘在橡胶或泡沫塑料上。


相对于天然草皮,人造草皮性能相近,且耐候性强、适用范围广、养护成本极低,非常适合那些不适合种植天然草皮的地区和场所使用,也有利于大众健身。因为人造草皮的这种特点,国际足联也十分愿意推广人造草皮。在冬季漫长的冰岛和在高原气候的不丹,当地均建立了铺设人造草皮的球场,这也帮助冰岛和不丹等国足球实力迅速提高。2015年的女足世界杯,成为第一个使用人造草皮的国际赛事。我们身边的球场,绝大多数使用的都是人造草皮。


不过,人造草皮也有很多缺点,还无法替代天然草皮。首先,天然草皮有显著的降温作用,而人造草皮没有,夏季比赛时,人造草皮球场会非常热;其次,人造草皮的“草种”比天然草皮更硬,这加剧了运动员皮肤被划伤的危险。此外,足球在天然草皮上的弹性更小、滚动速度更快,更利于球员控球。因此,一些足球运动员也成为人造草皮的反对者。




合成材料
助力球员更好发挥

根据国际足联的规定,足球运动员的装备由球衣、短裤、球袜、球鞋和护腿板组成,如果是守门员,还需要佩戴手套。而这些装备的制作基本都离不开高技术含量的化工产品。


就拿球衣和球裤来说,现代的球服要求能够最大限度地帮助球员散热、排汗,而运动时时常出现的拼抢和拉拽又要求球衣有很好的弹性。这样一来,传统的天然面料就无法胜任。当合成树脂行业发展起来以后,球衣面料迅速抛弃了羊毛和棉,转而使用涤纶和尼龙。今天,高档球衣的面料使用的是莱卡,这是一种聚氨酯纤维(氨纶)。这种材料拥有极好的弹性,不易吸水,且能与其他面料混纺,成为了运动员球衣的首选面料。


2018世界杯赛事期间,球员的运动衣有60%左右都是由矿泉水瓶再利用加工而成。这种塑料抽取环保纱制作的环保球衣,不仅轻便透气,更是能快速排汗。


再来看看足球鞋,它由3部分组成,即鞋面、鞋底和鞋钉。一直以来,袋鼠皮都是顶级球鞋鞋面材料的首选。而随着近年来合成材料行业的发展,涤纶、锦纶的超细纤维复合材料正在成为鞋面材料的新宠。目前,顶级合成材料已经可以克服天然皮革吸水、不耐磨的缺点,还能继承天然皮革的所有优点,且更耐用、原料成本更低。


鞋底材料则主要为热塑性聚氨酯(TPU),具有坚韧、耐磨和造价低的特性,非常符合足球鞋高强度对抗的要求。如果觉得TPU材料重,更轻但对抗性能稍差的尼龙也是不错的选择。


鞋钉材料则比较讲究了,根据使用场地和气候的不同,鞋钉材料也有不同的选择。对于通常在天然草皮踢球的职业运动员来说,钢钉和橡胶长钉是最常见的。


我们再来看看守门员手套,它可不是普通的针织品,手套的技术核心所在就是掌面材料,一般是利用天然橡胶和特定的合成橡胶组合起来的,其厚度为3~4毫米,要求具有很强的黏性和摩擦系数,可以帮助守门员更好抓住飞过来的皮球。在这些材料发展起来以前,守门员其实很少戴手套。如果我们在世界杯上看到“黄油手”,请记住,这一定是守门员的错。


护腿板起着?;ぴ硕毙⊥鹊淖饔?,其材料也是所有装备中技术含量最高的。目前,护腿板主要由玻璃纤维、发泡橡胶、聚氨酯、塑料和金属这5种材料制作而成。玻璃纤维重量轻且结构牢固,是最好的护腿板材料。近来,随着高性能纤维复合材料的发展,碳纤维和钛纤维的复合材料也成为了顶级护腿板的制造材料,在为运动员提供足够?;さ耐?,还不会给运动员带来负担,不影响球员的跑动。

 

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